12.1: Organizando a vida na Terra
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Toda a vida na Terra evoluiu de um ancestral comum. Biólogos mapeiam como os organismos se relacionam por meio da construção de árvores filogenéticas. Em outras palavras, uma “árvore da vida” pode ser construída para ilustrar quando diferentes organismos evoluíram e para mostrar as relações entre diferentes organismos, conforme mostrado na Figura\(\PageIndex{1}\). Observe que, a partir de um único ponto, os três domínios de Archaea, Bacteria e Eukarya divergem e depois se ramificam repetidamente. O pequeno ramo que plantas e animais (incluindo humanos) ocupam neste diagrama mostra quão recentemente esses grupos tiveram sua origem em comparação com outros grupos.
A árvore filogenética na Figura\(\PageIndex{1}\) ilustra o caminho da história evolutiva. O caminho pode ser traçado desde a origem da vida até qualquer espécie individual, navegando pelos ramos evolutivos entre os dois pontos. Além disso, começando com uma única espécie e rastreando para trás até qualquer ponto de ramificação, os organismos relacionados a ela por vários graus de proximidade podem ser identificados.
Uma filogenia é a história evolutiva e as relações entre uma espécie ou grupo de espécies. O estudo de organismos com o objetivo de derivar suas relações é chamado de sistemática.
Muitas disciplinas do estudo da biologia contribuem para entender como a vida passada e presente evoluíram ao longo do tempo e, juntas, contribuem para construir, atualizar e manter a “árvore da vida”. As informações coletadas podem incluir dados coletados de fósseis, do estudo da morfologia, da estrutura das partes do corpo ou da estrutura molecular, como a sequência de aminoácidos em proteínas ou nucleotídeos de DNA. Ao considerar as árvores geradas por diferentes conjuntos de dados, os cientistas podem reunir a filogenia de uma espécie.
Os cientistas continuam descobrindo novas espécies de vida na Terra, bem como novas informações sobre personagens, portanto, as árvores mudam à medida que novos dados chegam.
Os níveis de classificação
Taxonomia (que significa literalmente “lei do arranjo”) é a ciência de nomear e agrupar espécies para construir um sistema de classificação compartilhado internacionalmente. O sistema de classificação taxonômica (também chamado de sistema Linnaeano em homenagem ao seu inventor, Carl Linnaeus, um naturalista sueco) usa um modelo hierárquico. Um sistema hierárquico tem níveis e cada grupo em um dos níveis inclui grupos no próximo nível mais baixo, de forma que, no nível mais baixo, cada membro pertence a uma série de grupos aninhados. Uma analogia é a série aninhada de diretórios na unidade de disco principal de um computador. Por exemplo, no grupo mais inclusivo, os cientistas dividem os organismos em três domínios: Bactérias, Archaea e Eukarya. Dentro de cada domínio há um segundo nível chamado reino. Cada domínio contém vários reinos. Dentro dos reinos, as categorias subsequentes de crescente especificidade são: filo, classe, ordem, família, gênero e espécie.
Como exemplo, os níveis de classificação do cão doméstico são mostrados na Figura\(\PageIndex{2}\). O grupo em cada nível é chamado de táxon (plural: taxa). Em outras palavras, para o cão, Carnivora é o táxon no nível da ordem, Canidae é o táxon no nível da família e assim por diante. Os organismos também têm um nome comum que as pessoas costumam usar, como cachorro doméstico ou lobo. Cada nome de táxon está em maiúsculas, exceto para espécies, e os nomes dos gêneros e espécies estão em itálico. Cientistas se referem a um organismo pelo nome de gênero e espécie juntos, comumente chamado de nome científico ou nome latino. Esse sistema de dois nomes é chamado de nomenclatura binomial. O nome científico do lobo é, portanto, Canis lupus. Um estudo recente do DNA de cães e lobos domésticos sugere que o cão doméstico é uma subespécie do lobo, não sua própria espécie, portanto, recebe um nome extra para indicar seu status de subespécie, Canis lupus familiaris.
A figura\(\PageIndex{2}\) também mostra como os níveis taxonômicos se movem em direção à especificidade. Observe como, dentro do domínio, encontramos o cão agrupado com a maior diversidade de organismos. Isso inclui plantas e outros organismos não retratados, como fungos e protistas. Em cada subnível, os organismos se tornam mais semelhantes porque estão mais intimamente relacionados. Antes do desenvolvimento da teoria da evolução de Darwin, os naturalistas às vezes classificavam os organismos usando semelhanças arbitrárias, mas como a teoria da evolução foi proposta no século 19, os biólogos trabalham para fazer com que o sistema de classificação reflita relações evolutivas. Isso significa que todos os membros de um táxon devem ter um ancestral comum e estar mais intimamente relacionados entre si do que com os membros de outros táxons.
Análises genéticas recentes e outros avanços descobriram que algumas classificações taxonômicas anteriores não refletem relações evolutivas reais e, portanto, mudanças e atualizações devem ser feitas à medida que novas descobertas ocorrem. Um exemplo dramático e recente foi a separação das espécies procarióticas, que até a década de 1970 eram todas classificadas como bactérias. Sua divisão em Archaea e Bactérias surgiu após o reconhecimento de que suas grandes diferenças genéticas justificavam sua separação em dois dos três ramos fundamentais da vida.
CONEXÃO ARTÍSTICA
Em que níveis gatos e cães são considerados parte do mesmo grupo?
Classificação e filogenia
Os cientistas usam uma ferramenta chamada árvore filogenética para mostrar os caminhos evolutivos e as relações entre os organismos. Uma árvore filogenética é um diagrama usado para refletir as relações evolutivas entre organismos ou grupos de organismos. A classificação hierárquica dos grupos aninhados em grupos mais inclusivos é refletida nos diagramas. Os cientistas consideram as árvores filogenéticas uma hipótese do passado evolutivo porque não se pode voltar no tempo para confirmar as relações propostas.
Ao contrário de uma classificação taxonômica, uma árvore filogenética pode ser lida como um mapa da história evolutiva, conforme mostrado na Figura\(\PageIndex{3}\). Características compartilhadas são usadas para construir árvores filogenéticas. O ponto em que ocorre uma divisão em uma árvore, chamado de ponto de ramificação, representa onde uma única linhagem evoluiu para novas linhagens distintas. Muitas árvores filogenéticas têm um único ponto de ramificação na base, representando um ancestral comum de todos os galhos da árvore. Os cientistas chamam essas árvores de enraizadas, o que significa que há um único táxon ancestral na base de uma árvore filogenética da qual descendem todos os organismos representados no diagrama. Quando duas linhagens derivam do mesmo ponto de ramificação, elas são chamadas de táxons irmãos, por exemplo, as duas espécies de orangotangos. Um ramo com mais de dois grupos ilustra uma situação para a qual os cientistas não determinaram definitivamente as relações. Um exemplo é ilustrado pelos três ramos que levam à subespécie gorila; suas relações exatas ainda não foram compreendidas. É importante observar que os táxons irmãos compartilham um ancestral, o que não significa que um táxon tenha evoluído do outro. O ponto de ramificação, ou divisão, representa um ancestral comum que existiu no passado, mas que não existe mais. Os humanos não evoluíram dos chimpanzés (nem os chimpanzés evoluíram dos humanos), embora sejam nossos parentes vivos mais próximos. Tanto os humanos quanto os chimpanzés evoluíram de um ancestral comum que viveu, acreditam os cientistas, há seis milhões de anos e parecia diferente dos chimpanzés modernos e dos humanos modernos.
Os pontos de ramificação e os galhos na estrutura filogenética da árvore também implicam mudanças evolutivas. Às vezes, as mudanças significativas de caráter são identificadas em uma ramificação ou ponto de ramificação. Por exemplo, na Figura\(\PageIndex{4}\), o ponto de ramificação que dá origem à linhagem de mamíferos e répteis da linhagem de sapos mostra a origem do caráter do ovo amniótico. Além disso, o ponto de ramificação que dá origem a organismos com pernas é indicado como ancestral comum de mamíferos, répteis, anfíbios e peixes com mandíbulas.
Limitações das árvores filogenéticas
É fácil supor que organismos mais próximos se pareçam mais parecidos e, embora esse seja frequentemente o caso, nem sempre é verdade. Se duas linhagens estreitamente relacionadas evoluíram em ambientes significativamente diferentes ou após a evolução de uma nova adaptação importante, elas podem parecer bem diferentes uma da outra, ainda mais do que outros grupos que não estão tão intimamente relacionados. Por exemplo, a árvore filogenética na Figura\(\PageIndex{4}\) mostra que lagartos e coelhos têm ovos amnióticos, ao passo que as salamandras (dentro da linhagem dos sapos) não. No entanto, na superfície, lagartos e salamandras parecem mais semelhantes do que os lagartos e coelhos.
Outro aspecto das árvores filogenéticas é que, salvo indicação em contrário, os galhos não mostram o tempo, eles mostram apenas a ordem temporal dos eventos evolutivos. Em outras palavras, uma ramificação longa não significa necessariamente que passou mais tempo, nem uma ramificação curta significa menos tempo passado — a menos que seja especificado no diagrama. Por exemplo, na Figura\(\PageIndex{4}\), a árvore não indica quanto tempo passou entre a evolução dos ovos amnióticos e do cabelo. O que a árvore mostra é a ordem em que as coisas aconteceram. Novamente usando a Figura\(\PageIndex{4}\), a árvore mostra que a característica mais antiga é a coluna vertebral, seguida por mandíbulas articuladas e assim por diante. Lembre-se de que qualquer árvore filogenética faz parte do todo maior e, semelhante a uma árvore real, não cresce em apenas uma direção após o desenvolvimento de um novo galho. Então, para os organismos da Figura\(\PageIndex{4}\), só porque uma coluna vertebral evoluiu não significa que a evolução dos invertebrados cessou, significa apenas que um novo ramo se formou. Além disso, grupos que não estão intimamente relacionados, mas evoluem sob condições semelhantes, podem parecer mais semelhantes entre si do que com um parente próximo.
Resumo da seção
Os cientistas obtêm continuamente novas informações que ajudam a entender a história evolutiva da vida na Terra. Cada grupo de organismos passou por sua própria jornada evolutiva, chamada de filogenia. Cada organismo compartilha relações com outros e, com base em evidências morfológicas e genéticas, os cientistas tentam mapear os caminhos evolutivos de toda a vida na Terra. Historicamente, os organismos foram organizados em um sistema de classificação taxonômica. No entanto, hoje, muitos cientistas constroem árvores filogenéticas para ilustrar as relações evolutivas e espera-se que o sistema de classificação taxonômica reflita as relações evolutivas.
Conexões artísticas
Figura\(\PageIndex{2}\): Em que níveis gatos e cães são considerados parte do mesmo grupo?
- Resposta
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Cães e gatos fazem parte do mesmo grupo em cinco níveis: ambos estão no domínio Eukarya, no reino Animalia, no filo Chordata, na classe Mammalia e na ordem Carnivora.
Glossário
- nomenclatura binomial
- um sistema de nomes científicos em duas partes para um organismo, que inclui nomes de gêneros e espécies
- ponto de filial
- um ponto em uma árvore filogenética onde uma única linhagem se divide em novas linhagens distintas
- classe
- a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra no filo e inclui ordens
- dominar
- a categoria de nível mais alto no sistema de classificação e que inclui todas as classificações taxonômicas abaixo dela; é o táxon mais inclusivo
- família
- a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra na ordem e inclui gêneros
- gênero
- a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra na família e inclui espécies; a primeira parte do nome científico
- reino
- a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra no domínio e inclui filos
- pedir
- a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra na classe e inclui famílias
- árvore filogenética
- diagrama usado para refletir as relações evolutivas entre organismos ou grupos de organismos
- filogenia
- história evolutiva e relacionamento de um organismo ou grupo de organismos
- filo
- a categoria no sistema de classificação taxonômica que se enquadra no reino e inclui classes
- enraizada
- descrevendo uma árvore filogenética com uma única linhagem ancestral à qual todos os organismos representados no diagrama se relacionam
- taxa irmã
- duas linhagens que divergiram do mesmo ponto de ramificação
- espécies
- a categoria mais específica de classificação
- sistemática
- a ciência de determinar as relações evolutivas dos organismos
- táxon
- um único nível no sistema de classificação taxonômica
- taxonomia
- a ciência da classificação de organismos